散布式能源与建筑的融合上.docx

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散布式能源与建筑的融合上

散布式能源与建筑的融合（上）

摘要：

散布式能源的发电量和建筑用电量之间的平稳，散布式能源排热量和建筑采暖、制冷、生活热水用量之间的平稳是衡量散布式能源和建筑融合的标准。

不同用途建筑物采纳不同的散布式能源系统和不同的排热回收装置；采纳详细的、先进的负荷计算方式；充分采纳各类节能方法降低建筑能耗量；电力负荷的合理取值和优化运行方式等是评判散布式能源系统与建筑融合的条件。

关键词：

冷（热）负荷全年能耗量节能项目合同电力优化运行能源利用率复合能源

散布式能源是指将发电系统以小规模（数千瓦至50MW的小型模块式）、分散式的方式布置在建筑物内或建筑物周围，向用户供电、供冷（热）和生活热水。

在燃气散布式能源系统中，由于燃气轮机（或燃气内燃机）的初始温度T1超过1000℃，余热利用温度T2可低至20~30℃，蒸汽轮机的T1约为550℃，依照热力学第二定律，理想热机热效率，燃气散布式能源的热效率比蒸汽轮机高，是一种比较理想的总能利用系统。

建筑进展的原那么是坚持以人为本，知足人们日趋增加的物质需求，知足人们日趋增加的精神需要，知足人与自然和谐进展的要求，知足人与人之间沟通和交往的需要。

电、热、冷、热水是现代建筑的大体需求，由于热、冷、生活热水可采纳低品位的能源，是散布式能源余热利用的要紧途径，利用的是不是合理，对散布式能源的能源利用率的高低有专门大的阻碍。

“分派适当、各得其所、温度对口、梯级利用”是散布式能源与建筑融合的依据。

衡量融合的标准是：

散布式能源的发电量和建筑用电量之间的平稳；散布式能源排热量和建筑采暖、制冷、生活热水用量之间的平稳。

二者之间平稳的越好，散布式能源系统的效益（经济、节能、社会）越好；反之，多余排热只能排出，增大了系统能耗，降低了能源利用率。

实现二者融合的要紧条件如下。

一、不同用途建筑物应采纳不同的散布式能源系统和不同的排热回收装置

1．不同用途建筑物冷、暖、热水、电的峰值负荷不同，全年负荷量也不同，故应依照负荷的性能质选择散布式能源的燃气机类型。

表一、表2别离表示宾馆、医院的峰值负荷和全年负荷量。

表3、表4别离表示燃气内燃机和燃气轮机的排热回收量。

燃气轮机分为大中型（20000kw）、小型（1000~20000kw）和微型（<1000kw），散布式能源系统中常利用的是小型和微型燃气轮机，微型燃气轮机的压比约为，透平入口温度约为1000℃，出口烟气温度约为650℃，回热器排温（出口烟温）小于320℃。

燃气轮机和燃气内燃机的要紧区别见表5。

从表5可知，燃气轮机的排热量全数为450~550℃烟气的排热量，排热量/发电能力较大，烟气温度较高，当建筑冷、热负荷较大或需要蒸汽负荷量较大时，可采纳这种方式。

当建筑要求生活热水负荷较多时，由于生活热水所需温度较低，故可采纳燃气内燃机方式。

表1宾馆、医院的峰值负荷

宾馆

医院

建筑面积（m2）

25270

14342

冷负荷（kcal/m2·h）

采暖负荷（kcal/m2·h）

生活热水负荷（kcal/m2·h）

20

电负荷（热源辅机除外）（w/m2）

蒸汽负荷（kcal/m2·h）

表2宾馆、医院的全年负荷

宾馆

医院

建筑面积（m2）

25270

14342

全年冷负荷（Gcal/m2·a）

（%）

（%）

全年采暖负荷（Gcal/m2·a）

（%）

（%）

全年生活热水负荷（Gcal/m2·a）

（%）

（%）

全年蒸汽负荷（Gcal/m2·a）

（%）

全年电负荷（kwh/m2·a）

表3燃气内燃机的发电机容量和排热回收量（最大值）的关系

发电能力（kw）

100

200

300

400

600

900

排热

回收

量

水套排热（Mcal/h）

97

194

290

386

580

869

排气排热（Mcal/h）

54

108

163

217

325

488

合计（Mcal/h）

151

302

453

603

905

1358

排热量/发电能力

表4燃气轮机的发电机容量和排热回收量（最大值）的关系

发电能力（kw）

200

400

1000

排热回收量（Mcal/h）

392

783

1782

排热量/发电能力

表5燃气轮机和燃气内燃机的要紧区别

燃气轮机

燃气内燃机

发电效率（%）

~（小型、微型）

~45（柴油内燃机）

排热量/发电能力（Mcal/h/kw）

~

排烟温度和排气排热量

450~550℃

（全数排热量）

400~450℃，约为全数排热量的35%

水套出口水温和水套排热量

55~90℃，约为全数排热量的65%

2．不同用途建筑物应采纳不同的排热回收装置

（1）选择排热回收装置的重要性

排热回收是散布式能源特有的技术，利用排热量的多少和排热装置的效率直接决定了散布式能源系统的经济性、节能性，同时还对系统的初投资、占地和系统的靠得住性、耐久性和保护保养性有专门大的阻碍。

选择排热回收装置的一样原那么是使冷（热）负荷和电负荷达到平稳，以便充分地利用排热量，提高散布式能源系统的能源利用率。

（2）排热回收装置

①配套烟气型冷热水机，即不通过余热锅炉的热转换环节的排热利用方式。

要紧型式有：

发电机配套低温尾气型冷温水机，制冷机利用发电机230~350℃的尾气，单效循环进行制冷或制热；发电机配套高温尾气型冷温水机，冷温水机利用发电机380℃以上的尾气，双效循环进行制冷、制热或提高生活热水，发电机配套高温尾气补燃型直燃机，余热直燃机利用发电机380℃以上尾气和燃料二种能源进行制冷、制热和提供生活热水；发电机配套尾气缸套水型冷温水机，制冷机利用380℃以上的尾气，93℃以上的缸套水二种能源，双效循环进行制冷、制热和提供生活热水。

②排热回收用换热器（见表6）

表6排热回收用换热器的分类

排热回收形态

发生蒸汽

产生热水

产生热风

排

热

排

出

形

态

排

气

排

热

发生蒸汽用换热器

·余热锅炉

产生热水用换热器

·管壳式

·板式

·直接接触式

产生热风用换热器

·管壳式

·板式

·排气直接利用式

冷

却

水

排

热

发生蒸汽式冷却水

换热器

·沸腾冷却

产生热水式冷却水换热器

·管壳式

·板式

·直接冷却式

产生热风式冷却水换热器

·管壳式

·板式

表6表示依照排热排出形态和回收形态的换热器的分类。

其中产生热风的空气预热器不仅要经受500~600℃的高温，而且燃烧气体中的凝结水对材质也有专门大的阻碍，最近开发的板壳式换热器（空气预热器）不仅能知足上述要求，而且传热效率较高。

（3）依照建筑的需求，选择适合的排热回收装置

①我国已有燃气内燃机散布式能源系统水套排热冷却水的上限温度约为90℃，当以它作为单效循环吸收式制冷机热源时，机组体积大，能效系数低。

②关于烟气温度为500~600℃的排气，可采纳对接式烟气冷温水机，也可采纳梯级利用方式，第一级发生蒸汽，知足工艺或吸收式制冷机的要求，第二级通过水-水换热器发生热水。

二、设计人员采纳适应俗成的冷（热）指标方式作为散布式能源系统的设计依据是不适合的

1．建筑面积和冷（热）源冷量的关系

建筑面积越大，单位面积空调冷量越小。

《上海公共建筑能耗现状及节能潜力分析》通过对上海公共建筑的调查得出，当建筑面积为1~2万m2时，空调装机冷量为140w/m2，当建筑面积为2~3万m2，该值为135w/m2，当建筑面积为7~8万m2时，该值为110w/m2。

缘故是：

大面积的高层建筑中各部份空调利用情形不同较大，也确实是说有较大的负荷参差率和同时利用率；峰值冷量并非等于各部份和各房间的顶峰负荷简单地叠加；大面积高层建筑对建筑节能相对较重视，采取了相应的节能方法，故减少了空调装机容量。

2．我国的设计冷热负荷指标值比实际利用中最大值大得多

表7、表八、表9是我国有关供热空调设计手册中规定的冷（热）和生活热水指标值。

设计时以表7中的现有建筑，表8和表9为依据，将峰值冷（热）量简单叠加，并乘以大于1的平安系数。

按冷（热）负荷指标设计选择的结果，必然显现高估和冒估的问题，即实际负荷大大低于估算值，如某些大楼空调装机容量即便在最热的天气也只利用一半左右。

表7采暖热指标推荐值

建筑物

类型

住宅

居住区

综合

学校

办公

医院

托幼

旅馆

商店

食堂

餐厅

影剧院

展览馆

大会堂

体育馆

现有

建筑

43~56

（58~64）

（60~67）

58~81

（60~80）

64~81

（65~80）

58~70

（60~70）

64~87

（65~80）

116~140

（115~140）

93~116

（95~115）

116~163

（115~165）

节能

建筑

28~37

28~36

27~39

30~39

27~34

30~41

99~119

79~99

99~140

注：

热指标指民用建筑设计热负荷，不包括管网、热力站等的热损失。

表8空调冷负荷指标

建筑类型及房间名称

冷负荷指标

（w/m2）

建筑类型及房间名称

冷负荷指标

（w/m2）

旅行、旅馆：

客房（标准层）

酒吧、咖啡

西餐厅

中餐厅、宴会厅

商店、小卖部

中庭、接待

小会议室（许诺小量抽烟）

大会议室（不准抽烟）

理发、美容

健身房、保龄球

弹子房

室内游泳池

舞厅（交谊舞）

舞厅（迪斯科）

办公

80~110

100~180

160~200

180~350

100~160

90~120

200~300

180~280

120~180

100~200

90~120

200~350

200~250

250~350

90~120

商场、百货大楼：

营业室

150~250

影剧院：

观众席

休息厅（许诺抽烟）

化妆室

180~350

300~400

90~120

体育馆：

竞赛馆

观众休息厅（许诺抽烟）

贵宾室

120~250

300~400

100~120

展览厅、陈列室

会堂、报告厅

130~200

150~200

图书阅览

75~100

科研、办公

90~140

医院：

高能病房

一样手术室

干净手术室

X光、CT、B超诊断

80~110

100~150

300~500

120~150

公寓、住宅

80~90

餐馆

200~350

表9居住区生活热水热指标

用水设备情形

热指标

（w/m2）

备注

住宅无生活热水设备，只对公建供热水

~3

全数住宅有浴盆并供给生活热水时

40

20

热力站供热面积<2万m2

热力站供热面积>2万m2

3．我国的设计冷（热）负荷指标值与国外同类建筑比，在相同的气候条件下也大得多。

在《上海公共建筑能耗现状及节能潜力分析》文中指出，上海空调大楼平均装机冷量为m2，比东京大%。

而上海夏日干球温度比东京平均仅高1℃，湿球温度大体相同，尽管气候条件不同致使围护结构传热负荷和新风负荷比东京大12%，但由于大型公共建筑围护结构传热负荷占总负荷的比例很小，加上新风也仅比东京大3~4%。

4．建筑节能对冷（热）负荷的阻碍

从表7采暖热指标推荐值可知，节能建筑的热指标比现有建筑低得多，在散布式能源系统设计时，关于新建建筑应采纳节能建筑热指标数值。

从表10还可知，我国的建筑节能还具有专门大的潜力。

表10北京建筑采暖能耗与部份国家的比较w/m2

执行新节能标准前采明期的平均能耗

执行新节能标准后采暖期的平均能耗

瑞典、丹麦、芬兰等国采暖期的平均能耗

11

5．我国公共建筑物的特点对冷（热）负荷的阻碍

我国公共建筑的特点：

（1）大型化：

如××机场新建航站楼50几万m2，大学城50万m2~100万m2，软件园30万m2~40万m2，

（2）功能复杂，往往将办公、公寓、商场、餐饮、娱乐等多种设施集中在一幢高层建筑当中。

在设计散布式能源系统时，必需考虑不同利用功能建筑的同时利用系数和参差系数对冷（热）负荷的阻碍。

6．建议采纳详细的和先进的负荷计算方式。

在可行性设计时期，当设计条件不具有时，也可采纳指标估算方式，但应有必然的科学依据，越是大型的建筑越是需要考虑负荷参差率，即在负荷估算值的基础上乘以一个小于1的系数（一样取为.7~）。

三、在利用统计数据计算各类建筑的能耗时，要考虑节能方法对建筑能耗的阻碍

1．我国目前住宅建筑和公共建筑的采暖、空调能耗

（1）住宅采明能耗现况：

北京一些住宅建筑的平均采暖能耗约为m2·a（140kwh/m2·a），相当于表11中德国80年代住宅的水平，具有委大的节能潜力。

表11德国住宅采暖能耗的转变

住宅进展时期

住宅采暖能耗（kwh/m2·a）

20世纪70年代前的住宅（未改造）

20世纪80年代的住宅

20世纪90年代的低能耗住宅

超级低能耗住宅

300~400

150~200

50~80

20~40